如图所示，一质量m 的塑料球形容器放在桌面上，它的内部有一劲度系数为k的轻弹簧，弹簧直立地固定于容器内壁的底部，弹簧上端经绝缘物系住一只带正电q、质量也为的m小

题型：威海模拟难度：来源：

如图所示，一质量m 的塑料球形容器放在桌面上，它的内部有一劲度系数为k的轻弹簧，弹簧直立地固定于容器内壁的底部，弹簧上端经绝缘物系住一只带正电q、质量也为的m小球．从加一个向上的匀强电场E起，到容器对桌面压力减为零时为止．求：
（1）小球的电势能改变量
（2）容器对桌面压力减为零时小球的速度大小．魔方格

答案

（1）未加电场时，弹簧压缩了 x1=

；
容器对桌面压力减为零时，弹簧的伸长量 x2=

；
小球向上移动 x=x₁+x₂=

2mg

；　
小球的电势能减少了△E=qEx=

2Eqmg

；
（2）弹簧初态的压缩量与末态的伸长量相等，故弹性势能的改变量为零．因此电势能的减少量等于小球的动能和重力势能的增量．
即

2Eqmg

=mgx+

mv2
解得v=2

g(Eq-mg)

答：（1）小球的电势能改变量为

2Eqmg

；
（2）容器对桌面压力减为零时小球的速度大小为2

g(Eq-mg)

．

举一反三

“和平号”空间站已于今年3月23日成功地坠落在太平洋海域，坠落过程可简化为从一个近圆轨道（可近似看作圆轨道）开始，经过与大气摩擦，空间站的绝大部分经过升温、熔化，最后汽化面销毁，剩下的残片坠入大海．此过程中，空间站原来的机械能中，除一部分用于销毁和一部分被残片带走外，还有一部分能量E^′通过其他方式散失（不考虑坠落过程中化学反应的能量）
（1）试导出以下各物理量的符号表示散失能量E^′的公式．（2）算出E^′的数值．（结果保留两位有效数字）
坠落开始时空间站的质量M=1.17×10⁵Kg；
轨道离地的高度为h=146Km地球半径R=6.4×10⁶m；
坠落窨范围内重力加速度可看作g=10m/s²；
入海残片的质量m=1.2×10⁴Kg；
入海残片的温升高△T=3000K；
入海残片的入海速度为声速v=340m/s；
空间站材料每1千克升温1K平均所需能量C=1.0×10³J；
每销毁1千克材料平均所需能量μ=1.0×10⁷J．

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半径为R的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有一个带正的小珠子，该装置所在空间存在着水平向右的匀强电场，如图，已知珠子所受电场力是重力的3/4倍，将珠子从最低点由静止释放，则珠子获得的最大速度是______，这时珠子所在位置与圆心的连线和竖直方向的夹角是______．魔方格

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有一竖直放置的圆形轨道，半径为R，由左右两部分组成，如图所示，右半部分AEB是光滑的，左半部分BFA是粗糙的，现在轨道最低点A放一个质量m的小球，并给小球一个水平向右的初速度v₀，使小球沿轨道恰好运动到最高点B，且又能沿BFA轨道回到A点，小球回到A点时轨道的压力为4mg．
在求小球由BFA回到A点的速度v_A时，甲同学的解法是：由于回到A点时对轨道的压力为4mg，故4mg=m

vA2

，得v_A=2

在求小球在A点的初速度v₀时，乙同学的解法是：由于小球恰好到达B点，故小球在B点的速度为零，则有：

mv02=2mgR，得v₀=2

试按以下要求作答：
（1）你认为甲、乙两同学的解法是否正确？若不正确，请给出正确解法．
（2）在小球由B点沿BFA轨道返回A点的过程中，求小球克服摩擦力做的功．魔方格